É estabelecido que a matéria pode transitar entre diferentes fases quando certos parâmetros, como temperatura, são alterados. Embora as transições de fase sejam comuns (como água se transformando em gelo em um freezer), as dinâmicas que governam esses processos são altamente complexas e constituem um problema proeminente no campo da física de não-equilíbrio.

Quando um sistema passa por uma transição de fase, a matéria na nova fase tem muitas "configurações" energeticamente iguais para adotar. Nesses casos, diferentes partes do sistema adotam diferentes configurações em regiões chamadas "domínios". As interfaces entre esses domínios são conhecidas como defeitos topológicos e reduzir o número desses defeitos formados pode ser imensamente valioso em muitas aplicações.

Uma estratégia comum para reduzir defeitos é facilitar o sistema durante a transição de fase lentamente. Na verdade, de acordo com o mecanismo "Kibble-Zurek" (KZM), prevê-se que o número médio de defeitos e o tempo de condução da transição de fase seguem uma lei de potência universal. Contudo, testar experimentalmente o KZM em um sistema quântico continua sendo um objetivo cobiçado.

Em um estudo recente publicado em Pesquisa de revisão física , uma equipe de cientistas liderada pelo Professor Emérito Hidetoshi Nishimori do Instituto de Tecnologia de Tóquio, Japão, investigou a validade do KZM em dois recozedores quânticos disponíveis comercialmente, um tipo de computador quântico projetado para resolver problemas complexos de otimização. Esses dispositivos, conhecidos como annealers D-Wave, pode recriar sistemas quânticos controláveis ​​e controlar sua evolução ao longo do tempo, fornecendo um teste experimental adequado para o KZM.

Primeiro, os cientistas verificaram se a "lei da potência" entre o número médio de defeitos e o tempo de recozimento (tempo de condução da transição de fase) previsto pelo KZM realizada para um sistema magnético quântico chamado de "modelo de Ising de campo transversal unidimensional". Este modelo representa as orientações (spins) de uma longa cadeia de "dipolos magnéticos, "onde regiões homogêneas são separadas por defeitos vistos como spins vizinhos apontando em direções incorretas.

Embora a previsão original do KZM em relação ao número médio de defeitos fosse válida neste sistema, os cientistas deram um passo adiante:embora esta extensão do KZM fosse originalmente destinada a um sistema quântico completamente "isolado", não afetado por parâmetros externos, eles encontraram um bom acordo entre suas previsões e seus resultados experimentais, mesmo nos annealers D-Wave, que são sistemas quânticos "abertos".

Empolgado com esses resultados, Prof Nishimori comenta:"Nosso trabalho fornece o primeiro teste experimental de dinâmica crítica universal em um sistema quântico aberto de muitos corpos. Ele também constitui o primeiro teste de certa física além do KZM original, fornecendo fortes evidências experimentais de que a teoria generalizada se mantém além do regime de validade teoricamente estabelecido. "

Este estudo mostra o potencial dos recozedores quânticos para realizar simulações de sistemas quânticos e também ajuda a obter informações sobre outras áreas da física. A respeito disso, Prof Nishimori afirma:"Nossos resultados alavancam dispositivos de recozimento quântico como plataformas para testar e explorar as fronteiras da física de não-equilíbrio. Esperamos que nosso trabalho motive mais pesquisas combinando recozimento quântico e outros princípios universais em física de não-equilíbrio." Esperançosamente, este estudo também irá promover o uso de recozedores quânticos em física experimental. Afinal, quem não adora encontrar um novo uso para uma ferramenta?